應(yīng)用與智能家居中的傳感器技術(shù)研究

直到最近，確保我們在家的幸福是一次完全親身體驗。它需要翻轉(zhuǎn)開關(guān)，物理鎖定門，或移動杠桿，按鈕或撥盤，以確保我們的食物是新鮮的，我們的空氣或水是干凈的。今天，通過快速瀏覽或輕掃智能手機屏幕，可以輕松遠程監(jiān)控家中的許多活動，并證明安全性仍然存在。

傳感器使這成為可能。在我們的家中，傳感器應(yīng)用包括測量空氣中的二氧化碳水平，確保我們的食物儲存在合適的溫度，以及保護我們房屋的入侵傳感器，無論我們是否在其中。隨著廉價低功耗傳感器，無線電和嵌入式處理器的可用性的增加，所謂的“智能家居”通常配備有大量網(wǎng)絡(luò)傳感器，這些傳感器協(xié)同處理所獲得的家庭狀態(tài)數(shù)據(jù)以及居民的行為。

本文將探討可供智能家居應(yīng)用工程師使用的一些新傳感器產(chǎn)品和技術(shù)，以幫助他們履行其主要職責之一，為工作選擇合適的傳感器。 Digi-Key網(wǎng)站上提供了此處引用的所有部件，數(shù)據(jù)表和其他信息。

比看門狗好 - 我最近經(jīng)歷過讓我的家庭被盜的沮喪和創(chuàng)傷。僅僅45分鐘，我的電子設(shè)備在我返回時完全是MIA。當然，現(xiàn)在我已經(jīng)實施了一個家庭安全系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用PIR（被動紅外）運動傳感器，如Panasonic的EKMC1601111 PIR傳感器（圖1）。傳感器體積小，價格低廉，功率低，堅固耐用。而且，當在安全情況下使用時，它們實際上不會磨損，從而提供應(yīng)用程序所需的高度可靠性。

傳感器的工作原理是測量任何在其視野中產(chǎn)生熱量的物體的紅外光。傳感器表面上的結(jié)晶材料檢測紅外輻射。有趣的是，它不是輻射的檢測，而是當實體/物體進入改變產(chǎn)生的電壓的場時的狀態(tài)變化，然后由板載放大器提升。當檢測到運動時，傳感器在其輸出引腳上輸出一個高電平信號，可以由MCU讀取或用于驅(qū)動晶體管以切換較高的電流負載。由于一些高靈敏度的傳感器將僅從運動中激活，因此該場不必被具有不同溫度的物體破壞以記錄變化。

松下部件等傳感器的優(yōu)點包括采用全集成電路設(shè)計的簡化電路，1μA低電流消耗，出色的抗電磁噪聲能力，高信噪比，最大限度地減少誤操作，以及環(huán)境友好性 - 免費“建設(shè)。

圖1：EKMC1601111 Panasonic PIR運動傳感器。

EKMC160111的其他功能包括：

封裝在TO5中的傳感電路可以。高密度嵌入式電路設(shè)計消除了外部傳感電路，幫助設(shè)計人員縮短開發(fā)和設(shè)計時間表。

低電流消耗。降低電流消耗可延長電池驅(qū)動無線產(chǎn)品的電池壽命。

出色的抗噪聲性（輻射噪聲，電源噪聲）。整個電路采用金屬封裝，具有很高的電磁屏蔽能力。

小型元件的小型化鏡頭。只需要一個短焦距。

看不見的危險

并非家中所有危險情況都可見。與監(jiān)測家中的任何其他危險氣體（如一氧化碳（CO））相比，監(jiān)測二氧化碳水平相對便宜且更準確。隨著空氣質(zhì)量的惡化，二氧化碳含量增加。室外空氣平均含有350-450ppm的二氧化碳。在內(nèi)部，水平上升到550-700ppm左右。與煙霧探測器類似，大多數(shù)州都要求在房屋銷售完成之前安裝二氧化碳監(jiān)測器。

兩個用于CO2應(yīng)用的傳感器平臺示例是GE Telaire T6613和T6615 CO2模塊（圖2）。這些模塊小巧緊湊，可輕松集成到現(xiàn)有控制裝置和設(shè)備中。 T6613經(jīng)過工廠校準，可測量高達2000和5000 ppm的CO2濃度水平?；赥elaire的ABC Logic自校準軟件，該軟件在首次使用后24小時開始，調(diào)整傳感器測量結(jié)果可確保傳感器與傳感器之間的一致性。自校準軟件設(shè)計用于濃度在14天內(nèi)至少三次降至室外環(huán)境條件（400 ppm）的應(yīng)用，通常在未占用期間。

圖2：GE Telaire T6613和T6615 CO2模塊可測量致命的二氧化碳排放量。

GE Telaire T6615是一款雙通道傳感器。這兩個通道可以描述為測量氣體濃度的CO2通道和測量傳感器信號強度的參考通道。 T6615使用參考通道執(zhí)行定期自校準。自校準大約每24小時一次，但也可以通過發(fā)送命令啟動。在自校準期間，傳感器PPM讀數(shù)被凍結(jié);它不會對改變二氧化碳條件做出反應(yīng)。校準時間可調(diào)，但名義上是兩分鐘。雙通道模塊設(shè)計用于不能使用ABC Logic校準軟件的應(yīng)用。該模塊用于在煤油加熱器，空氣 - 空氣熱交換器，空氣凈化器和需求控制通風等應(yīng)用中進行精確測量。

同樣，傳感器識別煙霧，煙霧等并對其作出反應(yīng)。 Parallax MQ-5氣體傳感器對液體丙烷和天然氣具有高靈敏度，對酒精和煙霧的敏感性很小。該傳感器用于住宅和工業(yè)環(huán)境中的氣體泄漏檢測。其簡單的驅(qū)動電路，快速響應(yīng)和穩(wěn)定的長壽命使其成為這些和其他應(yīng)用的理想選擇。

圖3顯示了MQ-5在溫度為20°C，濕度為65％，氧氣濃度為21％，負載電阻（RL）為20KΩ時的幾種氣體的典型靈敏度特性。

圖3：MQ-5的典型靈敏度特性。

MQ-5的阻力值因各種氣體濃度而異。使用此組件時，需要進行靈敏度調(diào)整，供應(yīng)商建議工程師校準檢測器的1000 ppm H2或空氣中的LPG濃度，并使用約20KΩ（10KΩ至47KΩ）的RL值。

耐凍/解凍循環(huán)

我們經(jīng)常認為理所當然的傳感器是一種用于制冷應(yīng)用的傳感器，可以保證食品的安全。一個例子是Spectrum Sensors and Control（API Technologies Corp.的一部分）A1004SS22P0加固型溫度傳感器（圖4）。該傳感器旨在為常見困難環(huán)境中的溫度監(jiān)測提供強大的解決方案，例如高濕度應(yīng)用，其中傳感器經(jīng)歷連續(xù)的凍/融循環(huán)。

對于標準溫度傳感器，冰對電線或電纜施加了很大的機械力，使水能夠破壞探頭的端部密封。一旦水進入殼體內(nèi)，冷凍/解凍循環(huán)可以為熱敏電阻元件提供直接的濕氣路徑并導致失效。

該傳感器的模鍛端設(shè)計可在電纜和外殼之間提供防潮密封。它具有額外的好處，可為應(yīng)變消除傳感器和內(nèi)部連接提供卓越的機械結(jié)合。這使得熱敏電阻元件不僅與外部濕氣隔離，而且與可能與冷凍和解凍相關(guān)的高應(yīng)力隔離。

圖4：SS＆amp; C的加固型傳感器非常適合凍/融環(huán)境。

溫度傳感器可以包含各種熱敏電阻曲線和電阻。其他選項包括電纜長度和端子。功能包括：

測試10，000次冷凍/解凍熱循環(huán)

寬工作溫度范圍：-40°C至105°C

設(shè)計允許快速響應(yīng)和卓越的熱跟蹤

適用于HVAC，食品和飲料以及制冷系統(tǒng)的冷凍/解凍應(yīng)用

總之，無論是通過智能手機還是簡單地激活和/或訪問傳感器嵌入式測量和監(jiān)控設(shè)備，它們正在快速發(fā)展，并提供擴展的功能和功能，以提供我們在家的安全和福祉。有關(guān)本文中討論的部分的更多信息，請使用提供的鏈接訪問Digi-Key網(wǎng)站上的產(chǎn)品頁面。結(jié)果